Сравнительная оценка альгината натрия и пектина яблочного при энтеросорбции свинца
Сравнительная оценка альгината натрия и пектина яблочного при энтеросорбции свинца
Аннотация
В условиях подострой и хронической интоксикации крыс ацетатом свинца исследовано детоксицирующее действие препарата растительного происхождения — альгината натрия в качестве энтеросорбента.
При хронической интоксикации крыс ацетатом свинца исследовано в качестве энтеросорбента детоксицирующее действие пектина яблочного.
Оба препарата способствуют элиминации свинца и нормализации показателей порфиринового обмена — δ-аминолевуленовой кислоты и копропорфирина в моче, а также содержанию ретикулоцитов в крови. Альгинат натрия и пектин яблочный снижают содержание свинца в крови, почках и костной ткани подопытных животных.
По данным хронических экспериментов альгинат натрия как энтеросорбент демонстрирует определенные преимущества перед пектином яблочным по части детоксцирующего действия и терапевтическому эффекту, оба сорбента являются перспективными препаратами для разработки медицинских средств терапии хронического свинцового отравления.
1. Введение
Свинец является самым тоннажным из приоритетных персистентных экотоксикантов, тяжелых металлов (ТМ). В течение столетий свинец входил в число наиболее используемых человеком металлов и продолжает использоваться в металлургии, электронной и электротехнической промышленности, в различных отраслях химического производства. Металл и его соединения отнесены к первому классу опасности.
Длительные контакты со свинцом приводят к развитию хронического металлотоксикоза называемого сатурнизмом, заболевания с трудно диагностируемой на первых этапах симптоматикой (Т56.0 из XIX-го класса МКБ-10) .
Свинец обнаруживают в различных объектах окружающей среды, предметах и продуктах обихода , . Сложная в свинцовом отношении экологическая обстановка в ряде регионов (Свердловская, Челябинская и Новосибирская области, Красноярский край, города Москва и Санкт-Петербург) провоцирует развитие у людей часто не диагностируемых, скрытых хронических форм протекания заболевания.
Гораздо реже встречаются острые отравления, как результат непродолжительного воздействия на организм высоких доз свинца. Ярким примером такого отравления стало воздействие свинца при пожаре Собора Парижской Богоматери (Нотр-Дам де Пари во Франции) в 2019 году на детей, когда было зарегистрировано 16 тяжелых случаев отравления. Расплавленный свинец кровли (210 тонн) пропитал окружающую территорию до концентрации 25-50 г на килограмм грунта.
Отравление свинцом характеризуется симптомокомплексом нарушений работы ряда систем и органов — центральная и периферическая нервные системы (полинейропатия), дыхательная система, система крови (нарушение обмена порфиринов), расстройство в работе ЖКТ (колики) и эндокринной системы .
Основой такой полисиндромальности являются энзимопатические эффекты, наступающие вследствие изменения активности или инактивации некоторых ферментов, развитие окислительного стресса, увеличение ПОЛ, изменение в работе Na+/K+-АТФазы и другие молекулярно-клеточные эффекты .
Несмотря на полимодальную токсичность, влияние свинца на эритропоэз, образование ретикулоцитов, синтез гемма через энзимопатическую регулировку порфиринового обмена признается основным токсическим эффектом воздействия этого металла на субклеточном уровне. Ключевым ферментом этого патологического процесса является дегидратаза δ-аминолевулиновой кислоты (АЛК) — цитозольный фермент, катализирующий образование порфобилиногена. Результат ингибирования этого фермента выражается в увеличении содержания δ-аминолевулиновой кислоты в моче. Ингибирование дегидратазы АЛК приводит к увеличенному выведению копропорфирина в мочу и накоплению протопорфирина в эритроцитах, замещению ионов железа на ионы цинка в порфириновом кольце с формированием цинк-протопорфирина и в конечном итоге к утрате эритроцитом дыхательной функции , .
Свинец, попадающий в организм, оказывается сначала в плазме крови, а затем связывается с эритроцитами, в них содержится в 16 раз больше этого металла, чем в плазме. Металл вызывает не только нарушение порфиринового обмена, синтеза гема, но и тормозит анаэробный гликолиз, усиливает агрегацию форменных элементов.
Экспериментальные и клинические исследования показывают, что наиболее эффективным подходом в лечении металлотоксикозов оказывается этиоторопная терапия, элиминация из организма токсического начала — свинца. Штатными средствами экстренной терапии отравления ТМ, свинцом в том числе, считаются хелатирующие агенты — Унитиол (Дитиолпропансульфонат натрия, C3H8O3S3), BAL (Димеркапрол, C3H8OS2), DMSA (Димеркаптосукциновая кислота, C4H6O4S2), DMPS (2,3-димеркапто-1-пропансульфоновая кислота, C3H8O3S3), EDTA (Этилендиамин тетрауксуная кислота). Применение средств хелатной терапии должно проводится под наблюдением медицинского персонала в условиях ЛПУ, как, например, внутримышечное или подкожное введение Унитиола.
Использование этих соединений требует большой осторожности, по сути, они являются ксенобиотиками, относятся ко 2–4-му классу опасности, обладают раздражающим, кожно-резорбтивным и тератогенным действием. У них невысокая избирательность в силу чего они способны удалять из организма некоторые эссенциальные металлы. В связи с этим широко проводятся исследования по поиску нетоксичных препаратов этиопатического свойства с мягким механизмом действия. Предполагается, что такие препараты также можно было бы использовать в качестве профилактических средств.
Эти препараты, в основном растительного происхождения, получили название энтеросорбенты, по способу их использования и механизма детоксицирующего действия. В современном понимании энтеросорбенты пестрая по своему атомарному составу и молекулярной организации группа веществ с различными сорбционными механизмами действия и различной селективностью к тому или иному ТМ, перорального способа применения.
Исследовано большое количество растений, продуктов переработки биологических материалов, синтетических веществ и минералов с целью получения из них нетоксичных сорбентов с заданными селективными свойствами. Некоторые из этих сорбентов прошли проверку временем и внесены в Государственный реестр лекарственных средств, другие остались в качестве БАДов, большая часть препаратов находится на уровне исследований. Отбор претендентов происходит по доступности сырья, селективным свойствам по отношению к тем или иным металлам, отсутствию токсического действия на организм и негативных побочных эффектов. В связи с этим большое внимание специалистов привлечено к полисахаридам, в частности к альгинатам и пектинам, давно и успешно используемым в пищевой промышленности и в качестве БАДов.
Альгинаты это производные альгиновой кислоты, получаемые большей частью из бурых водорослей. Пектины (пектаты) это производные в основном галактуроновой кислоты, входящие в состав всех растений и добываемые в основном из яблок, цитрусовых, некоторых корнеплодов и бахчевых культур. Эти вещества обладают широким спектром сорбционных свойств, антацидным, противоязвенным, иммуномоделирующим, гемостатическим и антиаллергическим действием, они улучшают моторику кишечника.
Несмотря на широкое применение альгинатов и пектинов, систематических исследований по созданию лекарственных препаратов для лечения отравлений свинцом на их основе не проведено. Важным шагом на этом пути могло бы стать изучение сорбционной способности этих препаратов в условиях in vivo, а также изучение влияния альгината и пектина на некоторые показатели такого важного для этого типа отравления процесса как эритропоэз.
Целью настоящего исследования стало:
– изучение динамики выведения свинца из организма крыс при их интоксикации ацетатом свинца, а также накопление этого металла в крови, почках и костной ткани,
– изучение сорбционной способности по отношению к свинцу альгината натрия (АН) в условиях подострой и хронической интоксикации и пектина яблочного (ПЯ) при хронической интоксикации,
– определение содержания ретикулоцитов в крови, метаболитов порфиринового обмена – δ-аминолевулиновой кислоты и копропорфирина в моче при интоксикации крыс свинцом и ее коррекции энтеросрбентами,
– сравнение альгината натрия и пектина яблочного как энтеросорбентов при хронической интоксикации крыс свинцом.
2. Методы и принципы исследования
Работа выполнена на белых беспородных крысах исходной массой 180–200 г., выращенных в Федеральном государственном унитарном предприятии «Питомник лабораторных животных «Рапполово» Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» в Ленинградской области.
Эстральный цикл у самок влияет на их поведение, отражается на их биохимических и физиологических показателях. Для получения более однородных и стабильных результатов, особенно в длительных экспериментах, предпочтение было отдано самцам.
При содержании животных применяли питьевую водопроводную воду и комбикорм рецепта № ПК-120-2сх_1148.
С животным обращались в соответствии с требованиями ГОСТ 33044-2014 от 01.08.2015 — «Принципы надлежащей лабораторной практики». Исследование выполнено с соблюдением правил биоэтики, утвержденных в Директиве 2010/63/ЕU Европейского парламента и Совета Европейского союза по охране животных, используемых в научных целях, защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных и других целей. Работа одобрена на заседании биоэтического комитета ФГБУ НКЦТ им. С.Н. Голикова ФМБА России. (Протокол № 2.X-21 от 28.03. 21)
В каждой из экспериментальных групп было по 12 животных и каждая точка на графиках соответствует усредненным значениям соответствующих показателей, полученных от 12-ти животных. Интоксикация крыс свинцом достигалась путем внутрижелудочного введения атравматическим зондом водного раствора ацетата свинца Pb(CH3COO)2.3H2O квалификации «чда» в течение 5 дней в неделю.
В те же сроки животным атравматическим зондом внутрижелудочно вводили альгинат натрия (АН) медицинский по ВФС 42-1680-87 в виде водной суспензии. При выборе дозы АН в подостром эксперименте исходили из стехиометрического соотношения сорбат/сорбент — 1:1, ориентируясь на молекулярные массы того и другого, т.е. 1:10.; для достижения минимального детоксицирующего эффекта учитывали рекомендуемое в литературе соотношение экотоксикант/энтеросорбент — 1:10 .
Принимая во внимание актуальность проблемы хронической интоксикации свинцом и поиска соответствующих терапевтических средств, был также испытан на детоксицирующую способность при свинцовой хронической интоксикации препарат пектинового ряда — пектин яблочный (ПЯ) марки AU-701 (Германия) . Энтеросорбент вводили энтерально в виде 5% водной суспензии по 5 мл/кг.
Биохимические и гематологические показатели у животных определяли с помощью известных методов
, . Содержание свинца в биосредах изучали методом потенциометрического инверсионного анализа (йон-сканирующая система ISS-820 «Radiometer») и спектрометрически на анализаторе МГА-915 , . В работе использован стандартный образец состава крови содержащей свинец ГСО 9104-2008.Динамика элиминации свинца построена на основе суточных заборов мочи и кала. Статистическая обработка данных выполнена с использованием прикладных программ ОС Windows 10.
3. Результаты и обсуждение
3.1. Подострая интоксикация свинцом. Альгинат натрия
Интоксикацию крыс свинцом осуществляли путем в/ж введения водного раствора ацетата в суточной дозе 34.1 мг/кг (в пересчете на катион свинца) при LD50 4665 мг/кг для крыс перорально; АН вводили в дозе 340 мг/кг в виде водной суспензии. Свинец и сорбент крысы получали в течение первых четырех недель эксперимента.
Рисунок 1 представляет данные об интестинальном выведении свинца в течение четырех недель эксперимента.
Динамика интестинальной элиминации свинца в подостром эксперименте с использованием АН
На рис. 2 представлена динамика ренальной элиминации свинца. Принципиально картина не отличается от рис. 1, за исключением того, что через почки свинца выводится на два порядка меньше. В данном случае АН также способствует выведению свинца из организма.
Динамика ренальной элиминации свинца в подостром эксперименте с использованием АН
Динамика изменения концентрации АЛК в крови в подостром эксперименте с использованием АН
Отравление отразилось на эритропоэзе; свинец многократно (Рис. 5) увеличил содержание ретикулоцитов в крови. Применение АН, в среднем, в два раза уменьшило долю незрелых эритроцитов.
Динамика изменения КП в моче в подостром эксперименте с использованием АН
Динамика изменения содержания ретикулоцитов в крови в подостром эксперименте с использованием АН
Данные анализов показывают, что в течение четырех недель эксперимента произошло более чем в тридцатикратное увеличение содержания свинца в крови, почках и костной ткани крыс; применение АН примерно в два раза уменьшило содержание свинца в этих биосредах (Табл. 1).
В целом, можно констатировать, что применение АН позитивно отражается на всех опробованных показателях при подострой интоксикации крыс свинцом.
Содержание свинца в крови, почках и костной ткани крыс по окончании эксперимента по подострой интоксикации свинцом с АН
¨ – отличия с ответствующими значениями достоверны, Р < 0,05
Условия эксперимента | Биосреды | ||
Кровь (мкг/дм3) | Почки (мкг/г) | Костная ткань (мкг/г) | |
Контроль | 30 ± 10 | 0,85 ± 0,12 | 0,93 ± 0,43 |
Свинец | 990 ± 120 | 34,25± 4,69 | 32,8 ± 3,99 |
Свинец+АН | 480 ± 40¨ | 25,4 ± 3,60 | 16,2 ± 1,75¨ |
3.2. Хроническая интоксикация. Альгинат натрия
Интоксикация свинцом создавалась путем внутрижелудочного введения водного раствора ацетата свинца 5 дней в неделю в течение 15 недель в дозе 0.3 мг/кг в пересчете на катион свинца
. В те же сроки животным другой группы внутрижелудочно вводили АН натрия в виде водной суспензии. На стадии предварительных экспериментов было исследовано детоксицирующее действие нескольких доз АН и установлено, что доза 250 мг/кг оптимальна для получения детоксикационного и терапевтического действия сорбента.
Динамика интестинальной элиминации свинца в хроническом эксперименте с использованием АН
Выделение свинца с мочой было столь незначительным, что ни свинцовая интоксикация, ни применение АН не продемонстрировали своего влияния на этот процесс.
Сравнивая подострую и хроническую интоксикацию (Рис. 3 и рис. 7) в отношении АЛК, следует отметить, что стократное уменьшение дозы свинца снизило концентрацию АЛК в моче только на порядок; при этом изменилась динамика процесса — увеличенная концентрация АЛК наблюдается и по окончании процесса интоксикации, т.е. после 15-й недели. Применение сорбента практически нормализует содержание АЛК с первых дней эксперимента.
Динамика изменения концентрации АЛК в моче в хроническом эксперименте с использованием АН
При хронической интоксикации (Рис. 9), при дозе свинца 0.3 мг/кг, АН снижет содержание ретикулоцитов в крови примерно вдвое. При этом ни характер динамики, ни абсолютные значения почти не изменились по сравнению с подострой интоксикацией, доза свинца 34.1 мг/кг. (Рис. 5).
Динамика изменения КП в моче в хроническом эксперименте с использованием АН
Динамика изменения содержания ретикулоцитов в крови в хроническом эксперименте с использованием АН
По окончании эксперимента бы произведен анализ содержания свинца в крови, почках и костной ткани, который показал примерно трехкратное против контроля содержание свинца, причем наибольшее накопление произошло в костной ткани (Табл. 2). Применение АН приводило содержание свинца в исследованных структурах практически к контрольным значениям.
Содержание свинца в крови, почках и костной ткани крыс по окончании хронического эксперимента с АН
¨, § – отличия с ответствующими значениями достоверны, Р < 0,05
Условия эксперимента | Биосреды | ||
Кровь (мкг/дм3) | Почки (мкг/г) | Костная ткань (мкг/г) | |
Контроль | 30 ± 4 | 0,33 ± 0,0 9 | 0,43 ± 0,16 |
Свинец | §108 ± 19 | §0,74 ±0,06 | §2,06 ± 0,37 |
Свинец+АН | 36 ± 5¨ | 0,37 ± 0,07 | 0,70 ± 0,07¨ |
3.3. Хроническая интоксикация. Пектин яблочный
Интоксикация свинцом создавалась путем внутрижелудочного введения водного раствора ацетата свинца 5 дней в неделю в течение 15 недель в дозе 0.3 мг/кг в пересчете на катион свинца. В те же сроки животным опытной группы внутрижелудочно вводили пектин яблочный (ПЯ) в виде водной суспензии в дозе 250 мг/кг.
Интестинальная элиминация свинца (Рис. 10) ни по динамике, ни по абсолютным значениям мало отличалась от таковой предыдущей серии экспериментов с альгинатом натрия (Рис. 6).
Динамика интестинальной элиминации свинца в хроническом эксперименте с использованием ПЯ
ПЯ снижал примерно на 25% содержания АЛК в моче пропорционально соответствующим опытным значениям со свинцом (Рис. 11).
Динамика изменения концентрации АЛК в моче в ходе хронического эксперимента с использованием ПЯ
Подобным образом, увеличенные интоксикацией свинцом, концентрация КП и доля ретикулоцитов от приема ПЯ уменьшаются на 50% на всем протяжении эксперимента, но контрольных значения не достигают.
Содержание свинца в крови, почках и костной ткани крыс по окончании хронического эксперимента с ПЯ
§ отличия достоверны с соответствующими значениями при Р < 0.05
Условия эксперимента | Биосреды | ||
Кровь (мкг/дм3) | Почки (мкг/г) | Костная ткань (мкг/г) | |
Контроль | 46 ± 6 | 0,35 ± 0,08 | 0,34 ± 0,09 |
Свинец | §155 ± 25 | §0,63 ±0,16 | §1,24 ± 0,20 |
Свинец+ПЯ | §82 ± 9¨ | 0,61 ± 0,13 | 0,70 ± 0,02 |
ПЯ препятствует накоплению свинца в крови и костной ткани, не влияя на содержание металла в почках (Табл. 3); этим пектин яблочный сильно отличается от действия альгината натрия, который восстанавливает исследованные показатели до контрольного уровня (Табл. 2).
4. Заключение
Энтеральное введение АН крысам в дозе 340 мг/кг в условиях подострого отравления свинцом усиливает выведение токсиканта из организма животных с калом и мочой, снижает его накопление в крови, почках и костной ткани, ослабляет степень выраженности признаков интоксикации.
АН в дозе 250 мг/кг в условиях хронического эксперимента способствует усилению выведения катионов свинца с калом, предупреждает развитие характерных для сатурнизма нарушений порфиринового обмена и препятствует депонированию металла в крови, почках и костной ткани.
ПЯ при энтеральном введении в дозе 250 мг/кг в условиях хронического эксперимента интоксикации свинцом демонстрирует некоторые детоксицирующие свойства, проявляющиеся в незначительном усилении элиминации свинца с калом и некоторой нормализации показателей порфиринового обмена.
Ренальная элиминация свинца несопоставимо меньше, чем интестинальная.
Сопоставление по сорбционной емкости и детоксицирующей эффективности альгината натрия и пектина яблочного в условиях хронической интоксикации крыс ацетатом свинца свидетельствует о некотором преимуществе альгината натрия. Несмотря на это, оба сорбента имеют достаточную перспективу быть примененными при терапии свинцовых отравлений.